23/02/2015
La gráfica de la curva de deformación, también conocida como curva tensión-deformación o diagrama tensión-deformación, es una representación visual fundamental en la mecánica de materiales. Esta gráfica ilustra la relación entre la tensión aplicada a un material y la deformación resultante. Comprender cómo se grafica y cómo interpretar esta curva es esencial para predecir el comportamiento de un material bajo carga y para el diseño de estructuras seguras y eficientes.
Determinando la Deformación
Antes de graficar la curva, es crucial entender el concepto de deformación. La deformación es una medida de cuánto cambia la forma o el tamaño de un material cuando se le aplica una fuerza. Se define como el cambio en la longitud dividido por la longitud original:
Deformación = (Longitud final - Longitud inicial) / Longitud inicial
Esta deformación puede ser deformación elástica, donde el material recupera su forma original al retirar la carga, o deformación plástica, donde la deformación es permanente, incluso después de eliminar la carga. La deformación elástica se caracteriza por una relación lineal entre la tensión y la deformación, mientras que la deformación plástica se caracteriza por una relación no lineal.
Construyendo la Curva Tensión-Deformación
Para construir la curva tensión-deformación, se realiza un ensayo de tracción en una probeta del material. Este ensayo consiste en aplicar una carga gradualmente creciente a la probeta y medir simultáneamente la carga aplicada y la elongación (cambio de longitud) de la probeta. La tensión se calcula dividiendo la carga aplicada entre el área de la sección transversal original de la probeta:
Tensión = Carga / Área
Los datos obtenidos (tensión y deformación) se grafican en un diagrama cartesiano, donde la tensión se representa en el eje Y y la deformación en el eje X. El resultado es la curva tensión-deformación.
Características de la Curva Tensión-Deformación
La curva tensión-deformación presenta varias características importantes que permiten describir el comportamiento del material:
- Región Elástica: En esta región, la relación entre tensión y deformación es lineal, siguiendo la Ley de Hooke. La pendiente de esta región es el módulo de elasticidad (E) , también conocido como módulo de Young , que representa la rigidez del material.
- Límite de Elasticidad (σe): Es el punto en el que el material deja de comportarse elásticamente y comienza a deformarse plásticamente. Más allá de este punto, la deformación ya no es recuperable.
- Límite de Fluencia (σy): Es el punto en el que el material comienza a deformarse plásticamente de manera significativa, sin un aumento significativo de la tensión. Se observa una zona de fluencia donde la tensión se mantiene aproximadamente constante mientras la deformación aumenta considerablemente.
- Resistencia a la Tracción (σu): Es la tensión máxima que el material puede soportar antes de la fractura. Este punto representa la máxima resistencia del material.
- Alargamiento a Rotura (εf): Es la deformación correspondiente a la fractura del material. Representa la ductilidad del material, es decir, su capacidad para deformarse antes de romperse.
Tipos de Curvas Tensión-Deformación
La forma de la curva tensión-deformación varía según el material. Algunos materiales presentan una región elástica bien definida, mientras que otros muestran una transición gradual entre la deformación elástica y la plástica. Algunos ejemplos incluyen:
- Materiales Dúctiles: Presentan una larga región plástica antes de la fractura, con una clara zona de fluencia. Ejemplos: aceros al carbono, aluminio.
- Materiales Frágiles: Presentan una región elástica muy pequeña o inexistente, fracturándose con poca o ninguna deformación plástica. Ejemplos: hormigón, cerámica, vidrio.
Interpretación de la Curva Tensión-Deformación
La curva tensión-deformación proporciona información crucial para la selección y el diseño de materiales. Permite determinar:
- Rigidez: El módulo de Young (E) indica la rigidez del material.
- Resistencia: La resistencia a la tracción (σu) indica la máxima tensión que el material puede soportar.
- Ductilidad: El alargamiento a rotura (εf) indica la ductilidad del material.
- Comportamiento bajo carga: La forma de la curva indica cómo se comportará el material bajo diferentes niveles de tensión.
Consultas Habituales
Algunas consultas habituales relacionadas con la curva tensión-deformación incluyen:
- ¿Cómo se calcula el módulo de Young a partir de la curva tensión-deformación?
- ¿Qué significa una curva tensión-deformación no lineal?
- ¿Cómo se identifica el límite de fluencia en la curva tensión-deformación?
- ¿Qué diferencia hay entre la resistencia a la tracción y el límite de fluencia?
- ¿Cómo afecta la temperatura a la curva tensión-deformación?
Tabla Comparativa de Materiales
| Material | Módulo de Young (GPa) | Resistencia a la Tracción (MPa) | Alargamiento a Rotura (%) |
|---|---|---|---|
| Acero al Carbono | 200 | 400-600 | 15-25 |
| Aluminio | 70 | 50-100 | 10-30 |
| Hormigón | 30 | 30-50 | <1 |
| Vidrio | 70 | 50-100 | <1 |
Esta tabla muestra una comparación de algunos materiales comunes, indicando su módulo de Young, resistencia a la tracción y alargamiento a rotura. Tener en cuenta que estos valores pueden variar según la composición y el proceso de fabricación del material.
La gráfica de la curva de deformación es una herramienta fundamental en la ingeniería y la ciencia de materiales, permitiendo una comprensión profunda del comportamiento mecánico de diferentes materiales bajo carga. Su interpretación precisa es esencial para un diseño seguro y eficiente de estructuras y componentes.